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Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen

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Die Autor*innen
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André Otto
Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen

Inhalt

Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen – Chemie

Hast du schon einmal die Luft aus einem Heliumballon eingeatmet? Wenn du das Gas Helium inhalierst, bekommst du eine lustige Micky-Maus-Stimme. Die Edelgase befinden sich in der achten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Welche Eigenschaften Edelgase haben, kannst du dir in dem Video Edelgase – Eigenschaften ansehen.

Zu den Edelgasen gehören die folgenden Elemente:

  • Helium ($\ce{He}$)
  • Neon ($\ce{Ne}$)
  • Argon ($\ce{Ar}$)
  • Krypton ($\ce{Kr}$)
  • Xenon ($\ce{Xe}$)
  • Radon ($\ce{Rn}$)

Nun weißt du, welche Elemente zu den Edelgasen zählen. Doch wofür verwendet man Edelgase? Edelgase sind bekanntlich sehr reaktionsträge. Das bedeutet, dass sie selten chemische Bindungen eingehen und nicht brennbar sowie farb- und geruchlos sind. Außerdem sind Edelgase schlecht in Wasser löslich. Aufgrund all dieser Eigenschaften finden sie in vielen verschiedenen Bereichen wie zum Beispiel in der Technik, der Medizin, der Wissenschaft oder in der Chemie Verwendung.
Sicher kennst du die Leuchtstoffröhren – auch dort kommen Edelgase zum Einsatz.

Wofür werden Edelgase verwendet?

In der Tabelle findest du, einfach erklärt, verschiedene Verwendungen von Edelgasen aufgelistet. Die Verwendungsmöglichkeiten sind in die Bereiche Medizin, Licht, Wissenschaft, Technik und Chemie eingeteilt. Zu den Verwendungen von Edelgasen findest du auch Beispiele in der Tabelle.

Verwendungsmöglichkeiten der Edelgase
Medizin
  • Helium $\ce{He}$ und Sauerstoff $\ce{O2}$ als Atemgas
  • Helium $\ce{He}$ als Kältemittel: Verwendung für die Diagnostik bei der Kernspintomografie (MRT)
  • Xenon $\ce{Xe}$ als Narkosemittel
  • Krypton $\ce{Kr}$ bei der Diagnostik mit der Computertomografie (CT)
  • Licht
  • Helium $\ce{He}$ und Neon $\ce{Ne}$ in Laser
  • Neon $\ce{Ne}$ liefert in Glimmlampen rotes Licht.
  • Neon $\ce{Ne}$ in Stroboskoplampen
  • Krypton $\ce{Kr}$ in Gasentladungslampen
  • Krypton $\ce{Kr}$ in Startern für Leuchtstofflampen
  • Wissenschaft
  • Argon $\ce{Ar}$ als Trägergas bei der Gaschromatografie
  • Krypton $\ce{Kr}$ im Geigerzähler
  • Krypton $\ce{Kr}$ im Kalorimeter in der Teilchenphysik
  • Xenon $\ce{Xe}$ in Raketen für Ionentriebwerke
  • Untersuchung von Radon $\ce{Rd}$ zur Erdbebenvorhersage
  • Technik
  • Helium $\ce{He}$ und Sauerstoff $\ce{O2}$ als Atemgas für das Tauchen
  • Helium $\ce{He}$ als Traggas in Ballons und Luftschiffen
  • Argon $\ce{Ar}$ als Löschmittel bei Bränden
  • Argon $\ce{Ar}$ als Schutzgas beim Schweißen
  • Helium $\ce{He}$ im Schlagschrauber für die Formel 1
  • Helium $\ce{He}$ für den Betrieb von Stirlingmotoren
  • Helium $\ce{He}$ für die Herstellung von Siliziumwafern
  • Chemie
  • Argon $\ce{He}$ als Schutzgas
  • Fluoride $\ce{F-}$ der Edelgase wie Xenon-Tetrafluorid $\ce{XeF4}$ sind chemisch sehr aktiv. Beispielsweise wird Kryptondifluorid $\ce{KrF2}$ für die Oxidation und die Fluorierung eingesetzt.
  • Dieses Video

    In diesem Video lernst du die unterschiedlichen Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen kennen. Dabei kann man die Anwendungsmöglichkeiten in die fünf Bereiche Medizin, Licht, Wissenschaft, Technik und Chemie unterteilen. In der Medizin wird zum Beispiel ein Helium-Sauerstoff-Gemisch als Atemgas verwendet. Zum Kühlen von Geräten, wie dem MRT, wird Helium als Kältemittel genutzt.

    Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu dem Thema Edelgase und ihre Verwendung, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

    Transkript Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen

    Hallo und herzlich willkommen zu diesem Video. Es heißt „Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen“. Du kennst bereits das Video „Typische Eigenschaften von Edelgasen“. Nachher kannst du die wichtigsten Einsatzgebiete für Edelgase nennen und Beispiele aufzählen. Der Film besteht aus sieben Abschnitten: Anwendungsgebiete, Medizin, Licht, Wissenschaft, Technik, Chemie und Nochmal zur Übersicht. Anwendungsmöglichkeiten: Die Anwendungsmöglichkeiten der Edelgase kann man in fünf Abschnitte unterteilen: Edelgase finden in der Medizin Verwendung. Im Bereich Licht sind sie unentbehrlich. Wie fast alle chemischen Elemente finden sie in der Wissenschaft Verwendung. In der Technik sind sie unabkömmlich. Und selbst in der Chemie gibt es für Edelgase Verwendungsmöglichkeiten. Medizin: Als Atemgas wird ein Helium-Sauerstoff-Gemisch genutzt. Für viele Zwecke benötigt man Kältemittel. Gut geeignet dafür ist heruntergekühltes Helium. In der Diagnostik beim MRT wird es verwendet, auf Deutsch und ausgesprochen Kernspintomografie. Bei der Narkose kann man Xenon verwenden, es wirkt narkotisierend. Und auch für eine andere Diagnosemethode wie CT, Computertomografie, benötigt man ein Edelgas. Es ist das Krypton. Licht: Es gibt Laser, bei denen man unter anderem Helium und Neon verwendet. Manche Glimmlampen liefern rotes Licht, das vermag das Edelgas Neon. Für Stroboskoplampen benutzt man ebenfalls Neon. In manchen Gasentladungslampen befindet sich Krypton. Ebenso findet man Krypton in Startern für Leuchtstofflampen. Dieses Edelgas ermöglicht Kryptonlampen eine tageslichtähnliche Beleuchtung. Wissenschaft: Bei der Gaschromatografie verwendet man Argon als Trägergas. Der Geigerzähler enthält Krypton. Er weist radioaktive Strahlen nach. Auch für Kalorimeter in der Teilchenphysik verwendet man Krypton. Manche Raketen nutzen Ionentriebwerke. Für sie braucht man Xenon. Erdbebenvoraussagen können durch Untersuchung des Edelgases Radon geschehen. Technik: Beim Tauchen verwendet man ein Atemgas, das aus Helium und Sauerstoff besteht. Als Traggas in Ballons und Luftschiffen wird ebenfalls Helium benutzt. Bei Bränden ist als Löschmittel Argon gut geeignet. Als Schutzgas beim Schweißen wird ebenfalls Argon eingesetzt. Besonders gute Schlagschrauber, nicht dieser hier, werden bei der Formel eins verwendet. Sie werden mit Helium betrieben. Für den Betrieb von Stirlingmotoren und die Herstellung von Siliciumwafern verwendet man ebenfalls Helium. Chemie: In der Chemie braucht man häufig ein Schutzgas, meistens nimmt man Argon. Von den schwereren Edelgasen gibt es chemische Verbindungen, eine davon ist Xenon-Tetrafluorid. Diesen Stoff gibt es und noch andere Edelgasverbindungen. Die Fluoride der Edelgase sind chemisch sehr aktiv. Kryptondifluorid setzt man für die Oxidation und die Fluorierung ein. Zur Übersicht: Erinnert euch: Fünf Einsatzgebiete für Edelgase wurden genannt. Medizin, Licht, Technik, Wissenschaft und die Chemie. Habe ich noch etwas vergessen? Ach tatsächlich. Und das noch: Wenn man Helium inhaliert, das heißt einatmet, dann gibt es einen lustigen Effekt, man wird zu Micky Maus, zumindest klingt die Stimme dann so, wenn man spricht. Das Edelgas Radon ist radioaktiv. Man verwendet es für bestimmte Heilbäder. Der medizinische Erfolg hingegen ist zweifelhaft. Weniger zweifelhaft hingegen dürfte der Erfolg unseres Videos sein. Ich hoffe, es hat euch gefallen. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

    Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen Übung

    Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen kannst du es wiederholen und üben.
    • Gib die Bereiche an, in denen Edelgase Anwendung finden.

      Tipps

      Die Leuchtreklame stellt eine Anwendung von Edelgasen dar.

      Für die Eisenherstellung werden keine Edelgase eingesetzt.

      Lösung

      Die fünf großen Einsatzgebiete von Edelgasen sind die Medizin, die Wissenschaft, die Erzeugung von Licht, Technik und die Chemie.

      Die Edelgase wurden erst spät entdeckt, da sie kaum bis keine Reaktionen mit anderen Stoffen zeigten. So waren sie immer recht unauffällig dabei. In der Luft befinden sich ca. 1 % Edelgase. Der größte Teil davon ist Argon.

    • Bestimme, welche Anwendungen zu welchem Anwendungsgebiet zählen.

      Tipps

      Beim Schweißen entstehen hohe Temperaturen. Dadurch können unerwünschte Reaktionen mit der Luft ablaufen. Ein Medium, welches keine Reaktionen eingeht, hilft dabei.

      Solch ein Medium bezeichnet man als Schutzgas.

      Die Gaschromatografie wird in der Chemie zur Analyse von Stoffen eingesetzt.

      Lösung

      Edelgase haben in den einzelnen Bereichen vielfältige Anwendungen. So wird Xenon, aufgrund seiner betäubenden Wirkung, als Narkosemittel eingesetzt.

      Wenn unerwünschte Reaktionen unterdrückt werden sollen, greift man gern auf ein Schutzgas zurück. Dafür können Edelgase wie Argon benutzt werden, da es sehr stabil und reaktionsträge ist. Schutzgas wird beim Verpacken von Lebensmitteln und auch beim Schweißen eingesetzt.

      Die Gaschromatografie ist eine Analysemethode der Chemie, bei der Stoffgemische aufgetrennt werden. Eine zu untersuchende Probe wird mithilfe eines Gases durch eine Säule geschickt. Dabei wechselwirken die einzelnen Bestandteile der Probe unterschiedlich stark mit der inneren Beschichtung der Säule und benötigen so unterschiedlich lange durch die Säule. Das Trägergas sollte möglichst keine Reaktionen mit der Probe eingehen. Daher eignen sich hier die Edelgase gut.

      Werden Edelgase elektrisch angeregt, so kann man diese zum Leuchten bringen. Dies war eine der ersten Anwendungen der Edelgase. Sicher kennst du den Begriff Neonlampe.

    • Ordne die Edelgase nach ihrer Ordnungszahl.

      Tipps
      Lösung

      Die Edelgase befinden sich in der achten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Die Ordnungszahl gibt dabei an, wie viele Protonen sich im Kern des Atoms befinden. Da ein Atom elektrisch neutral geladen ist, besitzt es gleich viele Elektronen. Innerhalb der Gruppe nimmt die Ordnungszahl nach unten hin zu. Die richtige Reihenfolge lautet also Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Radon gehört ebenfalls zur Gruppe, ist allerdings nicht stabil, da es radioaktiv ist.

      Mit zunehmender Ordnungszahl werden die Atomradien immer größer und die Atome schwerer. Je größer der Atomradius, desto weiter sind die äußeren Elektronen vom Kern entfernt. Die Anziehungskraft zwischen Kern und Außenelektronen wird also schwächer, je weiter unten das Edelgas in der Gruppe steht. Dadurch neigen die schweren Edelgase eher zu Reaktionen als die leichteren. Das erklärt auch, dass Helium praktisch keine Reaktionen zeigt, während von Krypton und Xenon einige Verbindungen bekannt sind.

    • Begründe die Verwendung von Edelgasen als Schutzgas.

      Tipps

      Ein Schutzgas soll unerwünschte Reaktionen verhindern.

      Je weniger Energie eine Verbindung enthält, desto weniger kann sie in einer Reaktion abgeben. Damit ist sie stabiler.

      Lösung

      Mit dem Streben nach der Edelgaskonfiguration können viele Verbindungen und Reaktionen erklärt werden. So bilden beispielsweise die Elemente der 1.$~$ Hauptgruppe, die Alkalimetalle, einfach positiv geladene Ionen. Sie geben ein Elektron ab und erreichen so die Elektronenkonfiguration des Edelgases der vorherigen Periode. Das $Na^+$ Ion besitzt also die gleiche Elektronenkonfiguration wie Neon. Somit besitzt es eine vollbesetzte Außenschale und ist damit stabil.

    • Nenne Anwendungsbeispiele für die Edelgase.

      Tipps

      Waschaktive Substanzen sind Tenside. Edelgase haben mit dem Waschvorgang nichts zu tun.

      Im Geigerzähler wird Edelgas benutzt, um die Strahlung durch ein Knacken erkennbar zu machen.

      Lösung

      Eine der wichtigsten Anwendungen der Edelgase ist die Lasertechnik. Hier wird das Edelgas in eine Röhre gefüllt und durch elektrischen Strom angeregt. Dabei gibt das Edelgas Licht ab. Dieses kann gebündelt werden und so einen Laserstrahl erzeugen. Dieser wird für Experimente und zur Laserortung verwendet.

      Beim Tauchen in große Tiefen wird dem Gasgemisch Helium anstatt Stickstoff beigemischt. Das Problem am Stickstoff ist, dass es bei zu schnellem Auftauchen in der Blutbahn vom gelösten Zustand in den gasförmigen übergeht. Das liegt an der raschen Veränderung des Drucks. Unter hohem Druck, wie tief im Wasser, kann das Blut viel mehr Stickstoff lösen als unter Normaldruck. Beim Auftauchen muss es also abgeatmet werden. Steht dafür nicht genug Zeit zur Verfügung, bilden sich Blasen im Blut und können Adern verschließen und Hirnembolien oder Schlaganfälle auslösen. Bei Helium besteht dieses Problem in geringerem Maße.

    • Erkläre die Veränderung der Stimme durch Helium.

      Tipps

      Ein mit Helium gefüllter Ballon steigt an der Luft nach oben aufgrund der geringeren Dichte von Helium.

      Je höher die Frequenz eines Tons, desto höher hört er sich für uns an.

      Lösung

      Durch die geringere Dichte von Helium kann sich der Schall dreimal schneller ausbreiten als in der Luft. Unsere Stimme erzeugt beim Sprechen Schallwellen. Diese Wellen haben eine bestimmte Frequenz. Durch das dünnere Medium Helium ist diese Frequenz erhöht. In unserem Ohr gibt es Bereiche, die nur bestimmte Frequenzen wahrnehmen können. Je höher die Frequenz, desto höher hört sich der Ton dann für uns an. Ab einem bestimmten Punkt wird die Frequenz aber zu hoch und kann von unseren Ohren nicht mehr wahrgenommen werden. Hunde zum Beispiel können aber weit höhere Frequenzen wahrnehmen als wir und so noch Töne hören, die wir nicht mehr hören.

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